UNIVERSIDADE FEDERAL DO PARÁ PRÓ-REITORIA DE PESQUISA E PÓS-GRADUAÇÃO DIRETORIA DE PESQUISA PROGRAMA INSTITUCIONAL DE BOLSAS DE INICIAÇÃO CIENTÍFICA RELATÓRIO TÉCNICO - CIENTÍFICO Nome do Bolsista: Rodrigo Marques Neto Período: 08/10/2014 a 18/03/2015 ( ) PARCIAL ( X ) FINAL IDENTIFICAÇÃO DO PROJETO Título do Projeto de Pesquisa: Proposta de Modelos de Rádio Propagação para Sistemas Fixos e Móveis na Região Amazônica Baseado em Medições. Nome do Orientador: Prof. Dr. Fabrício José Brito Barros Titulação do Orientador: Doutor Faculdade: Universidade Federal do Pará Unidade: Campus Universitário de Tucuruí Laboratório: Laboratório de Eletromagnetismo Aplicado (LEMAG) Título do Plano de Trabalho: Medidas de Rádio Propagação em Terrenos Mistos. Nome do Bolsista: Rodrigo Marques Neto Tipo de Bolsa: ( ) PIBIC/CNPq ( ) PIBIC/UFPA ( ) PIBIC/INTERIOR ( x ) PIBIC/FAPESPA ( ) PARD ( ) PARD – renovação ( ) Bolsistas PIBIC do edital CNPq 001/2007
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UNIVERSIDADE FEDERAL DO PARÁ PRÓ-REITORIA DE … · e cálculo são úteis para que se desenvolvam expressões mais complexas e que possam melhor definir a propagação em diferentes
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UNIVERSIDADE FEDERAL DO PARÁ
PRÓ-REITORIA DE PESQUISA E PÓS-GRADUAÇÃO
DIRETORIA DE PESQUISA
PROGRAMA INSTITUCIONAL DE BOLSAS DE INICIAÇÃO CIENTÍFICA
RELATÓRIO TÉCNICO - CIENTÍFICO
Nome do Bolsista: Rodrigo Marques Neto
Período: 08/10/2014 a 18/03/2015
( ) PARCIAL
( X ) FINAL
IDENTIFICAÇÃO DO PROJETO
Título do Projeto de Pesquisa: Proposta de Modelos de Rádio Propagação para
Sistemas Fixos e Móveis na Região Amazônica Baseado em Medições.
Nome do Orientador: Prof. Dr. Fabrício José Brito Barros
Titulação do Orientador: Doutor
Faculdade: Universidade Federal do Pará
Unidade: Campus Universitário de Tucuruí
Laboratório: Laboratório de Eletromagnetismo Aplicado (LEMAG)
Título do Plano de Trabalho: Medidas de Rádio Propagação em Terrenos Mistos.
Nome do Bolsista: Rodrigo Marques Neto
Tipo de Bolsa: ( ) PIBIC/CNPq
( ) PIBIC/UFPA
( ) PIBIC/INTERIOR
( x ) PIBIC/FAPESPA
( ) PARD
( ) PARD – renovação
( ) Bolsistas PIBIC do edital CNPq 001/2007
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1-INTRODUÇÃO
A televisão é um dos meios mais importantes de informação e esse setor da
telecomunicação passou e ainda continua passando por incontidas melhorias,
aperfeiçoamento devido ao aumento da busca por acesso a serviços digitais de
transmissão de dados. Com o surgimento da TV digital foi definido um novo formato de
comunicação baseada em tecnologia totalmente digital, transmitindo também sinais com
altíssimo ganho de qualidade de áudio e vídeo via internet, inovando o modo como às
pessoas se interagem e se comunicam. E no momento com a definição do padrão
Sistema Brasileiro de TV digital e com tecnologias a sobrevir, faz-se necessário um
estudo minucioso dos efeitos de propagação nas faixas de frequências destas tecnologias
em regiões remotas.
Quando essas regiões remotas estão situadas na região amazônica, os modelos de
propagação existentes podem não apresentar bons resultados. A maioria dos modelos
não se assemelham com as características das localidades amazônicas, atualmente são
baseados em medidas realizadas fora do Brasil em regiões de clima temperado, em
terrenos mistos do tipo: solo e oceano.
A proposta da pesquisa é realizar desenvolvimento de modelos de propagação
capazes de predizer a comunicação entre ilhas situadas nos arredores da barragem da
hidrelétrica de Tucuruí, Pará. Esses desenvolvimentos de modelos próprios de
propagação poderão ser utilizados em projetos de enlace para implantação de novas
tecnologias, redes de telefonia celular e TV Digital em regiões remotas da Amazônia.
Todavia, para realizar os experimentos de propagação do sinal e dar continuidade
no projeto de pesquisa com análise comparativa do sinal medido e simulado precisava-
se adquirir os instrumentos de medição. Com a não aquisição desses materiais não foi
possível progredir na pesquisa para a obtenção de resultados significativos e uma
possível publicação. Com isso a pesquisa limitou-se apenas no estudo teórico dos
modelos de propagação.
A execução do plano de trabalho iniciou em 08/10/2014 e terminou em 18/03/2015,
assim como a bolsa PIBIC que somente teve vigência no período anteriormente
mencionado.
2-JUSTIFICATIVA
Ultimamente, encontra-se disponibilidade em um campo vasto de novas
tecnologias de rede sem fio nos grandes centros do Brasil. Em contrapartida essas
tecnologias incessantemente estão indisponíveis em localidades remotas, e quando há
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disponibilidade podem se tornar inviável economicamente, sendo assim para promover
uma real ampliação da propagação do sinal, serviços de cidadania e inclusão digital em
regiões com pouca infraestrutura é imprescindível estudos que apresente relações
favoráveis a soluções de telecomunicações com aplicações de teleducação,
telemedicina, TV digital, entre outros serviços.
Por esse motivo esse trabalho se fundamenta em realizações de campanhas de
medições para a evolução de modelos de rádio propagação que englobem às
características climáticas da região amazônica, o espalhamento em vegetação densa e a
utilização de terrenos mistos (Solo e rio).
Os modelos clássicos encontrado na literatura especializada estão relacionados a
campanhas de medições realizadas em regiões que apresentam características diferentes
da Amazônia. Então os valores medidos obtidos deste projeto de iniciação científica
serão utilizados em estudos para promover a implantação da TV Digital, redes de
telefonia celular 3G e 4G e redes WiMax na região amazônica de preferência em
comunidades ribeirinhas.
Inicialmente como previsto no cronograma nos três primeiros meses foi feio o Estudo
sobre o fenômeno de radio propagação em terrenos mistos. Dentro desta atividade
realizou-se estudo de modelos de propagação, no espaço livre, em áreas urbanas, rural
(vegetação), terrestre, aquática e em terrenos mistos (solo e rio).
3-OBJETIVOS
O objetivo geral do trabalho é a caracterização do canal de rádio propagação
através de campanhas de medidas.
De maneira geral o projeto tem as seguintes metas serem obtidas:
Realização de campanhas de medidas nas faixas VHF (30-300MHz),
UHF (300MHz-3GHz), SHF nas bandas S (2-4GHz) e C (4-8GHz) em terrenos mistos,
em terrenos mistos, como rio e solo, e com vegetação densa.
Determinar experimentalmente as características do canal de propagação
nas faixas de VHF, UHF e SHF em região amazônica.
Comparar os dados medidos com os modelos existentes, e assim, avaliar
se estes modelos estão adequados para a região amazônica
Produzir trabalho de conclusão de curso (TCC) de alunos do curso de
Engenharia Elétrica do Campus de Tucuruí da UFPA, assim como, dissertações de
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mestrado no programa de pós-graduação em engenharia elétrica da universidade Federal
do Pará.
4-MÉTODO
A metodologia utilizada para a execução deste trabalho foi a busca de
conhecimento nas literaturas existentes sobre propagação no espaço livre, TV digital,
canal de rádio, modelos de propagação em áreas urbanas, rural (vegetação), terrestre,
aquática e em terrenos mistos (solo e rio). A princípio identificou-se que o modelo mais
adequado para esse trabalho foi o ITU-R P.1546-5.
Para trabalhar com esse modelo de propagação utilizou-se o computador como
ferramenta indispensável para acompanhar o plano de trabalho. O computador está
localizado no Laboratório de Eletromagnetismo (LEMAG) da Universidade Federal do
Pará no campus de Tucuruí.
5-RESULTADOS:
Como explicado no plano de trabalho (metodologia). O setup de recepção seria
adquirido com recursos do projeto intitulado “Proposta de Modelos de Rádio
Propagação para Sistemas Fixos e Móveis na Região Amazônica Baseado em
Medições” aprovado no edital da FAPESPA 007/2013 PROGRAMA PRIMEIROS
PROJETOS - PPP - FAPESPA/CNPQ.
Os recursos no valor de R$ 50.000,00 ainda não foram repassados apesar da
vigência do projeto durante os dez últimos meses.
Concluído a primeira etapa do plano de trabalho, não foi possível prosseguir o
mesmo, uma vez que não se obteve recurso para comprar equipamentos de recepção
para realizar as campanhas de medições ao redor da barragem de Tucuruí.
Neste trabalho inicialmente seguindo o plano de trabalho obteve-se bons
resultados com estudos nas literaturas sobre o fenômeno de rádio propagação em
terrenos mistos. A princípio identificou-se alguns modelos clássicos de propagação,
assim como, o modelo ITU-R P.1546-5 recomendado por abordar em uma análise
semi-empírica a propagação em terrenos mistos: água e terra. Este estudo pode ser
relatado resumidamente nos subtópicos a seguir.
Desta forma, todas as etapas relacionas aos cronogramas de atividades que
estavam diretamente ligadas a realização de campanhas de medidas não puderam ser
realizadas neste relatório Parcial.
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5.1-PROPAGAÇÃO EM ESPAÇO LIVRE
É o caso mais simples, em que a propagação via rádio está sujeita a uma análise
determinística com situações idealizadas, no qual transmissor e receptor estão imersos
em um ambiente inseto de obstruções em qualquer direção. É uma situação idealizada,
mas é útil para dar uma perspectiva inicial dos mecanismos de propagação, pós embora
a propagação em espaço livre seja uma situação bastante particular, o seu entendimento
e cálculo são úteis para que se desenvolvam expressões mais complexas e que possam
melhor definir a propagação em diferentes ambientes e diferentes sistemas[2].
Portanto, tem-se a perda no percurso em decibéis, da seguinte forma:
44,32log20log20log10log10 10101010 kmMHzRT dfGGL
(1)
A perda de espaço livre (L), é definida pela equação de transmissão de potência
de Friis [5] a qual é a razão entre a potência transmitida e recebida, é dada por:
2
4
dGG
P
PRT
T
R
(2)
5.2-PROPAGAÇÃO SOBRE TERRA PLANA
Este modelo considera a presença da terra com uma superfície refletora plana e
perfeitamente lisa. Sendo considerado distâncias inferiores a dez quilômetros, a
curvatura da terra é frequentemente desprezada [1]. Nessa condição, o sinal transmitido
pode percorrer múltiplos caminhos até a antena receptora, podendo percorrer um
caminho direto e caminhos indiretos pela reflexão da onda no solo. A Figura 1
exemplifica o funcionamento do mecanismo, o qual considera não somente o raio direto
entre o transmissor e receptor, como também o raio refletido na superfície da terra.
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Figura 1 - Reflexão sobre terra plana.
Adaptado: [2].
O sinal recebido é uma combinação de todas essas ondas que se propagam pelos
caminhos e chegam ao receptor. A atenuação nestes percursos individuais é dada pela
equação de espaço livre, Equação (2), e o campo resultante dependerá da diferença no
comprimento dos percursos e do coeficiente de reflexão da superfície.
A onda refletida no solo é dada por Friis na Equação (2), ponderada por um
coeficiente de reflexão no solo ρ. Este sinal refletido sofre defasamento ∆θ devido ao
caminho indireto e se for considerado uma única reflexão no solo, poderá representar a
relação entre potência recebida e transmitida em terreno plano pela Equação (3) [1].
22
14
j
RT
T
R ed
GGP
P
(3)
O coeficiente de reflexão depende de fatores como o ângulo de incidência da onda
no solo (θ) e a permissividade do solo (ε), de acordo com a lei de Snell [7]. O
coeficiente de reflexão do solo é representado pela Equação (4).
Ksen
Ksen
(4)
Onde para um meio sem perdas, K é igual a 2cos se a onda for polarizada
horizontalmente ou
2cos se a onda for polarizada verticalmente, de acordo
com as formulações generalizadas de Fresnel para ondas polarizadas horizontalmente e
na vertical [1]. Se for considerado que o valor de ρ tende para -1, reduz-se a Equação
(3) na Equação (5).
i1 i2
d1
7
22
14
j
RT
T
R ed
GGP
P
(5)
E o defasamento (∆θ), é dado pela Equação (6), em que f é a frequência do sinal
transmitido.
dtf
22
(6)
Onde, 2121 ddiid , é a diferença entre o caminho direto e o caminho
indireto. E expandindo ∆d em função da altura das antenas e da distância, a Equação (6)
pode ser reescrita na Equação (7).
11
222
d
hh
d
hhd rttr
(7)
Utilizando aproximação binomial 2
11x
x , se x for pequeno, a Equação (7)
pode ser escrita como a Equação (8). O valor modular ao quadrado da Equação (5)
podendo ser expandido na forma da Equação (9) [1].
d
hh RT
4
(8)
24cos121 2
2 sene j
(9)
Utilizando aproximação
2
sex , as Equações (5), (8) e (9) é obtida a equação
que relaciona as potências transmitidas e recebidas na Equação (10), conhecido como